(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と連結される回転軸と、この回転軸の軸周りに取付けられるハブ部と、前記ハブ部と連結部材により連結され前記回転軸の軸方向に一対で設けた前側及び後側リム部と、前記回転軸の軸方向に隣合う前記連結部材間に張設される受風部とを備える風車において、
前記連結部材が、前記ハブ部から前記リム部にかけて放射状に配置されるスポーク部により形成され、前記回転軸の軸方向に隣合う前側及び後側の前記スポーク部を複数対備え、
前記前側及び後側リム部の前後幅は、前記ハブ部の前側から後側の前後幅よりも広く設けられ、前記スポーク部の一端を前記リム部に連結すると共に、前記スポーク部の他端を前記ハブ部に連結し、
前側及び後側の前記スポーク部の他端を、前記ハブ部の前側及び後側に夫々設けると共に、前記回転軸の軸方向に隣合した前側と後側の前記スポーク部の他端は、前記ハブ部の円周方向における略同一位置に連結され、
前記ハブ部の円周方向における略同一位置に他端を連結した前側及び後側の前記スポーク部は、前記回転軸の軸方向と直交する水平軸に対して所定角度に傾いて設けられると共に、それら前側及び後側のスポーク部の一端を前記前側及び後側リム部にそれぞれ連結し、且つ前記ハブ部の円周方向における略同一位置に他端を連結した前側及び後側の前記スポーク部の一端を結んだ線が、前記回転軸の軸方向と４０度〜５０度の角度をなし、
前記受風部が、柔軟性を有するシート部材からなり、前記ハブ部の円周方向における略同一位置に他端を連結した前側及び後側の前記スポーク部間に、前記シート部材を張設したことを特徴とする風車。
【請求項２】
前記リム部にリブ部を設け、このリブ部には前記スポーク部の一端が挿通される挿通孔が形成され、前記スポーク部の一端にヘッド部を形成し、前記挿通孔は前記ヘッド部が通る大きさの大径孔と、前記スポーク部の一端が有するスポーク部本体が通る大きさの小径孔とが連結されて成り、前記スポーク部は、前記ヘッド部を前記大径孔に挿入し、このヘッド部を前記小径孔側へと移動させることで嵌合して前記リム部と連結され、前記ハブ部には前記スポーク部の他端を挿通するハブ側挿通孔を形成し、このハブ側挿通孔に挿通した前記スポーク部の他端をニップルで締めることにより該他端を前記ハブ部に連結したことを特徴とする請求項１記載の風車。
【請求項３】
前記前側及び後側リム部を略水平な複数の水平スポーク部により連結したことを特徴とする請求項１又は２記載の風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電に用いられる風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風力発電は、発電効率を上げる観点から大型化が求められており、風車の場合は、風車翼、軸系、発電装置等の各構成部品の軽量化が図られている。しかし、大型化に伴う重量増を解消することは容易でなく、軽量化による強度低下、さらには大型化による製造コストの上昇など、実現には困難を極めていた。
【０００３】
そこで、発電機と、これに連結連動させる回転軸と、回転軸と同軸の所定径周上に所定間隔で配置された複数の風杯と、各風杯と回転軸とを連結するスポークにて成る風車体を備え、周方向に隣接する風杯間を連結する可撓性の張力体を有するとした風力発電装置が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、風車の構成部品の一つである風車翼を軽量化するために、プラスチック発泡体を強化繊維プラスチックで挟んだサンドイッチ構造を特徴とする外皮により強度向上を図るとした風車翼が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３２２７４号公報
【特許文献２】特開平０７−２７９８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された風力発電装置によれば、各風杯に働く力が均等化され、風車体の軽量化が実現し、小さい風力においてもスムーズに回転し、発電を得ることができる風力発電装置を得ることができるが、各風杯に働く力を均等にするために、隣接する風杯間を張力体で連結しなければならず、張力体をスポークに巻き付けるなどする必要があるため、設置作業が煩雑となる。また、回転軸の周方向からの風向きに対応するものであり、他方向からの風力に風向検出手段がないと対応できないという問題がある。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載された風車翼では、構成中に強度材料となる主桁を用いているために、主桁の厚肉化は抑えられているものの、発電効率の向上には依然として軽量化が必要である。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み、軽量でありながら高い強度を確保することで発電効率を向上し、安定して電力を供給できる風車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１の発明は、発電機と連結される回転軸と、この回転軸の軸周りに取付けられるハブ部と、前記ハブ部と連結部材により連結され前記回転軸の軸方向に一対で設けた前側及び後側リム部と、前記回転軸の軸方向に隣合う前記連結部材間に張設される受風部とを備える風車において、前記連結部材が、前記ハブ部から前記リム部にかけて放射状に配置されるスポーク部により形成され、前記回転軸の軸方向に隣合う前側及び後側の前記スポーク部を複数対備え、前記前側及び後側リム部の前後幅は、前記ハブ部の前側から後側の前後幅よりも広く設けられ、前記スポーク部の一端を前記リム部に連結すると共に、前記スポーク部の他端を前記ハブ部に連結し、前側及び後側の前記スポーク部の他端を、前記ハブ部の前側及び後側に夫々設けると共に、前記回転軸の軸方向に隣合した前側と後側の前記スポーク部の他端は、前記ハブ部の円周方向における略同一位置に連結され、前記ハブ部の円周方向における略同一位置に他端を連結した前側及び後側の前記スポーク部は、前記回転軸の軸方向と直交する水平軸に対して所定角度に傾いて設けられると共に、それら前側及び後側のスポーク部の一端を前記前側及び後側リム部にそれぞれ連結し、且つ前記ハブ部の円周方向における略同一位置に他端を連結した前側及び後側の前記スポーク部の一端を結んだ線が、前記回転軸の軸方向と４０度〜５０度の角度をなし、前記受風部が、柔軟性を有するシート部材からなり、前記ハブ部の円周方向における略同一位置に他端を連結した前側及び後側の前記スポーク部間に、前記シート部材を張設したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２の発明は、前記リム部にリブ部を設け、このリブ部には前記スポーク部の一端が挿通される挿通孔が形成され、前記スポーク部の一端にヘッド部を形成し、前記挿通孔は前記ヘッド部が通る大きさの大径孔と、前記スポーク部の一端が有するスポーク部本体が通る大きさの小径孔とが連結されて成り、前記スポーク部は、前記ヘッド部を前記大径孔に挿入し、このヘッド部を前記小径孔側へと移動させることで嵌合して前記リム部と連結され、前記ハブ部には前記スポーク部の他端を挿通するハブ側挿通孔を形成し、このハブ側挿通孔に挿通した前記スポーク部の他端をニップルで締めることにより該他端を前記ハブ部に連結したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３の発明は、前記前側及び後側リム部を略水平な複数の水平スポーク部により連結したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、構成部材の荷重や、風を受けることにより発生する抗力に対抗して、放射状に配置されたスポーク部の引張りが作用し、これらを分散させることができるので、軽量化の図られた細い線材により構成されてあっても、強度面に何ら問題もなく大型化することができる。また、ハブ部からリム部にかけて受風部で風を受ける受風面積が大きくなる。
【００１３】
請求項１の発明によれば、受風部が効率よく風を受けることができ、風向きが変わった場合であっても安定して対応できるので、発電効率の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項１の発明によれば、従来の風車翼と比べて簡素な構成となるためコスト削減を図ることができると共に、金属板で形成される受風部よりも軽量化され、更には受風部の破損等による部品交換を現場にて簡便に行うことができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、ヘッド部を大径孔に挿入し、このヘッド部を小径孔側へと移動させることで嵌合してスポーク部をリム部に連結することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、水平スポーク部が一対のリム部間の前後幅を規制する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例を示す風車の側面図である。
【図２】同上、風車の正面図である。
【図３】同上、風車の側面図における部分拡大図である。
【図４】同上、リム部と引張部材との連結状態を示す平面図である。
【図５】同上、リム部とスポーク部との連結状態を示す平面図と側面図である。
【図６】同上、風車の平面図である。
【図７】同上、風車の正面図における部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。
【実施例】
【００１９】
図１乃至図７は、本発明の実施例を示すものである。
【００２０】
先ず、本実施例における風車１の構成について説明すると、本実施例における風車１は、支柱たるタワー２と、このタワー２の頂部に軸支されるナセル３と、このナセル３に接続される回転軸４と、回転軸４を回転自在に支持する軸受け５と、回転軸４の軸周りに取付けられるハブ部６と、ハブ部６と連結部材を介して連結するリム部７，７Ａと、回転軸４を中心にハブ部６からリム部７にかけて放射状に配置される連結部材たるスポーク部８，８Ａと、軸方向に隣合うスポーク部８，８Ａ間に張設される布製部材等からなる受風部９とを備えて成るものである。
【００２１】
これらのうち、本実施例におけるナセル３は、発電機、増速機、およびブレーキ等の動力伝達装置（図示しない）を収納した発電機ユニット10から成る。また、ハブ部６は、外周に所定間隔をおいてハブ側挿通孔たる挿通孔11が形成されており、この挿通孔11には、スポーク部８，８Ａの他端13が挿通されることで連結するものとしている。尚、このハブ部６は、スポーク部８，８Ａの取付け具として機能するほか、回転軸４を支持する軸受けとしても機能しているものとする。
【００２２】
また、ハブ部６とリム部７を連結するスポーク部８，８Ａは、耐腐食性を有し高強度なステンレス鋼材や炭素繊維複合材、又は軽量なアルミ材等からなり、一端12をリム部７と接続し、他端13をハブ部６と接続するよう構成されている。具体的には、リム部７と連結されるスポーク部８，８Ａの一端12側が、スポーク部本体たる胴部14と、スポーク部８の先端15をリム部７側へ向けるように曲げて形成されるエルボ部16と、先端15に設けられたヘッド部17とを備えて成り、また、ハブ部６と連結されるスポーク部８，８Ａの他端13側が、スポーク部本体たる胴部14と、胴部14よりも大径に形成されて先端に螺子が切られたヘッド部17を備えて成るものとする。そして、スポーク部８，８Ａは、ハブ部６の周面であって回転軸４の軸方向前後に夫々配置されて取付けられる。このうち、前側に配置されるスポーク部８は、ハブ部６の前側端部19付近に位置し、ハブ部６の後側に配置されるスポーク部８Ａは、ハブ部６の後側端部20付近に位置している。すなわち、本実施例では、スポーク部８，８Ａの他端13側を回転軸４の軸方向Ｘであってハブ部６の両端部19，20付近に夫々設け、これらが回転軸４を中心としたハブ部６の周面に放射状となるよう配置される。また、回転軸４の軸方向Ｘに隣合うスポーク部８，８Ａの他端13，13は、ハブ部６の円周方向における略同一位置に連結されるものとする。
【００２３】
また、リム部７は、外周に薄板状のリブ部21が形成されており、このリブ部21にはスポーク部８，８Ａの一端12が挿通される挿通孔22が形成されている。本実施例におけるリム部７の挿通孔22は、スポーク部８，８Ａの一端12に形成されるヘッド部17が通る大きさの径で形成される大径孔28と、スポーク部８，８Ａの一端12が有する胴部14が通る大きさの径で形成される小径孔29とが連結されて成るものである。また、リム部７には、スポーク部８，８Ａの一端12が挿通される挿通孔22のほかに、引張部材23が挿通される挿通孔24が形成されている。これは、引張部材23の胴部25が通る大きさの径で形成されているものとする。また、リム部７は、回転軸４の軸方向Ｘに前後して前側リム部７と後側リム部７Ａの前後一対で設けられると共に、この前後一対で設けられたリム部７，７Ａ間の前後幅Ｈ１が、ハブ部６の前側端部19から後側端部20の前後幅Ｈ２よりも広く設けられるものとする。こうした、リム部７，７Ａ間の前後幅Ｈ１により、スポーク部８，８Ａ間に張設される受風部９の受風面積が変化するものとなる（Ｈ１＞Ｈ２）。すなわち、一対のリム部７，７Ａによる前後幅Ｈ１が広がれば、リム部７，７Ａと連結されるスポーク部８，８Ａの一端12側も広がるので、これに伴い、スポーク部８，８Ａ間に張設される受風部９は上方側にいくに従い受風面積が広がっていくものとなる。
【００２４】
そして、前述した一対のリム部７，７Ａ間には、前後幅Ｈ１を規制するための引張部材23が設けられる。この引張部材23は、スポーク部８，８Ａ間に張設された受風部９が風Ｆを受けたことにより発生する抗力に対抗するために設けられるもので、各スポーク部８，８Ａに働くモーメントを分散させて低減することができるので、細いスポーク部８，８Ａでハブ部６とリム部７，７Ａを連結した場合であっても、モーメントによる変形等が起こり難くなり、風車構造としての強度を高めている。また、本実施例では、この引張部材23に、ハブ部６とリム部７，７Ａを連結するスポーク部８，８Ａと同様のスポークを用いているが、これに限らず引張りに強い部材であればよい。
【００２５】
ここで、上記構成部材の連結構造について説明する。
【００２６】
まず、一対のリム部７，７Ａ間を略水平となるように引張部材23により連結する。この時、引張部材23は、端部26をリブ部21の挿通孔22に挿入して、ナット27，27でリブ部21の両側面を挟みつけるように締めることで連結固定される。
【００２７】
次に、スポーク部８，８Ａをハブ部６からリム部７にかけて連結する。ハブ部６の前側端部19付近に配置されるスポーク部８は、一対のリム部７，７Ａのうち前側のリム部７に連結され、ハブ部６の後側端部20に配置されるスポーク部８Ａは、一対のリム部７，７Ａのうち後側のリム部７Ａに連結されるものである。こうした各スポーク部８，８Ａは、一端12側のヘッド部17をリム部７の挿通孔22が有する大径孔28に挿入し、このヘッド部17を小径孔29側へと移動させることで嵌合し、リム部７と連結される。
【００２８】
また、各スポーク部８，８Ａは、他端13側のヘッド部17をハブ部６の挿通孔11に挿入し、これを内螺子が切られたニップル30で締めることでハブ部６と連結される。この時、スポーク部８，８Ａに初期張力を与えるために、ニップル30によりスポーク部８，８Ａの張りを調節するものとする。
【００２９】
また、図６の平面図に示すように、軸方向に隣合う各スポーク部８，８Ａは回転軸の軸方向Ｘと直交する水平方向Ｙに対して所定角度α１をなすようにハブ部６とリム部７との間で連結され、即ち、前側及び後側のスポーク部８，８Ａの一端12，12を結んだ線が、回転軸４の軸方向と所定角度α１をなす。詳しくは、前側のスポーク部８がリム部７の周方向左側に略４０度〜略５０度に傾くように連結され、後側のスポーク部８Ａがリム部７Ａの周方向右側に略４０度〜略５０度に傾くように連結されるものとし、好ましくは前側のスポーク部８と後側のスポーク部８Ａが共に略４５度に傾くように連結されるものとして、風向きが変わった場合にあっても発電効率を落とすことのないよう設けられるものとする。
【００３０】
さらに、図７に示すように、本実施例では、受風部９が張設された前後一対のスポーク部８，８Ａと隣合う前後一対のスポーク部８，８Ａとの間隔が、回転軸４の軸芯４Ａとスポーク８，８Ａ間に張設された受風部９の中心線Ｔを結んだ角度α２を基準にしており、例えば、受風部を九枚設けた構成では、この間隔が略４０度となるように配置するものとする。尚、本実施例で示すように、受風部９は複数枚でなるものとし、その枚数は限定されないものであるが、受風部９は八枚以上が好ましく、更には偶数枚でなるものとするのがより好ましい。
【００３１】
このようにすることで、本実施例の風車１は、ハブ部６からリム部７にかけて受風部９で風Ｆを受ける受風面積が大きくなるので効率よく抗力を利用することができると共に、抗力の伝達が円滑となる。
【００３２】
そして、ハブ部６からリム部７，７Ａにかけてスポーク部８，８Ａを連結した後、前後一対のスポーク部８，８Ａ間に受風部９を張設する。この受風部９は、キャンバス等の柔軟性のある布製部材等からなるシート部材を用いるものとし、シート部材とすることで金属板で形成される受風部よりも軽量化することができる。尚、このシート部材は、風車１が設置される場所に応じて耐候性、耐久性を高めるためにコーティング剤を塗布したものを用いることが好ましい。
【００３３】
こうしたことで本実施例では、構成部材の荷重や、風Ｆを受けることにより発生する抗力に対抗して、放射状に配置されたスポーク部８，８Ａの引張りが作用し、これらを分散させることができるので、軽量化の図られた細い線材により構成されてあっても、強度面に何ら問題もなく大型化することができる。
【００３４】
このように本実施例では、請求項１に対応して、発電機を有する発電機ユニット10と連結される回転軸４と、この回転軸４の軸周りに取付けられるハブ部６と、ハブ部６と連結部材により連結され回転軸４の軸方向Ｘに一対で設けた前側及び後側リム部７，７Ａと、回転軸４の軸方向Ｘに隣合う連結部材間に張設される受風部９とを備える風車１において、連結部材が、ハブ部６からリム部７にかけて放射状に配置されるスポーク部８，８Ａにより形成され、回転軸４の軸方向Ｘに隣合う前側及び後側のスポーク部８，８Ａを複数対備え、前側及び後側リム部７，７Ａの前後幅Ｈ１は、ハブ部６の前側から後側の前後幅Ｈ２よりも広く設けられ、スポーク部８，８Ａの一端12，12をリム部７，７Ａに連結すると共に、スポーク部８，８Ａの他端13，13をハブ部６に連結し、前側及び後側のスポーク部８，８Ａの他端13，13を、ハブ部６の前側及び後側に夫々設けると共に、回転軸４の軸方向Ｘに隣合した前側と後側のスポーク部８，８Ａの他端13，13は、ハブ部６の円周方向における略同一位置に連結され、ハブ部６の円周方向における略同一位置に他端13，13を連結した前側及び後側のスポーク部８，８Ａは、回転軸４の軸方向Ｘと直交する水平軸Ｙに対して所定角度に傾いて設けられると共に、それら前側及び後側のスポーク部８，８Ａの一端12，12を前側及び後側リム部７，７Ａにそれぞれ連結し、且つハブ部６の円周方向における略同一位置に他端13，13を連結した前側及び後側のスポーク部８，８Ａの一端12，12を結んだ線が、回転軸４の軸方向Ｘと４０度〜５０度の角度をなし、受風部９が、柔軟性を有するシート部材からなり、ハブ部６の円周方向における略同一位置に他端13，13を連結した前側及び後側のスポーク部８，８Ａ間に、シート部材を張設したから、構成部材の荷重や、風Ｆを受けることにより発生する抗力に対抗して、放射状に配置されたスポーク部８，８Ａの引張りが作用し、これを分散させることができるので、軽量化の図られた細い線材により構成されてあっても、強度面に何ら問題もなく大型化することができる。
【００３５】
このように本実施例では、請求項１に対応して、スポーク部８，８Ａが、回転軸４の軸方向Ｘと直交する水平軸Ｙに対して所定角度に傾いて設けられるから、受風部９が効率よく風を受けることができ、風向きが変わった場合であっても安定して対応できるので、発電効率の向上を図ることができる。
【００３６】
このように本実施例では、請求項１に対応して、受風部９が、柔軟性を有するシート部材からなるから、従来の風車翼と比べて簡素な構成となるためコスト削減を図ることができると共に、金属板で形成される受風部９よりも軽量化され、更には受風部９の破損等による部品交換を現場にて簡便に行うことができる。
【００３７】
このように本実施例では、請求項２に対応して、リム部７，７Ａにリブ部21を設け、このリブ部21にはスポーク部８，８Ａの一端12が挿通される挿通孔22が形成され、スポーク部８，８Ａの一端12にヘッド部17を形成し、挿通孔22はヘッド部17が通る大きさの大径孔28と、スポーク部８，８Ａの一端12が有するスポーク部本体たる胴部14が通る大きさの小径孔29とが連結されて成り、スポーク部８，８Ａは、ヘッド部17を大径孔28に挿入し、このヘッド部28を小径孔29側へと移動させることで嵌合してリム部７，７Ａと連結され、ハブ部６にはスポーク部８，８Ａの他端13，13を挿通するハブ側挿通孔11を形成し、このハブ側挿通孔11に挿通したスポーク部８，８Ａの他端13，13をニップル30で締めることにより該他端13，13を前記ハブ部に連結した。
【００３８】
このように本実施例では、請求項３に対応して、前側及び後側リム部７，７Ａを略水平な水平スポーク部たる引張部材23により連結したから引張部材23が一対のリム部７，７Ａ間の前後幅Ｈ１を規制する。
【００３９】
尚、本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例におけるスポーク部８，８Ａは、風車１全体が同一方向から抗力を受けるものとした観点から点対称としているが、これに限らず、他方向からの抗力に対抗できるように非対称であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  風車
４  回転軸
６  ハブ部
７，７Ａ  リム部
８，８Ａ  スポーク部
９  受風部
10  発電機ユニット
11  挿通孔（ハブ側挿通孔）
12  一端
13  他端
14  胴部（スポーク部本体）
17  ヘッド部
21  リブ部
22  挿通孔
23  引張部材（水平スポーク部）
28  大径孔
29  小径孔
30  ニップル
Ｘ  回転軸の軸方向
Ｙ  水平方向
Ｈ１  前後幅
Ｈ２  前後幅
【図１】
0005325860.tif 000002
【図２】
0005325860.tif 000003
【図３】
0005325860.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005325860.tif 000007
【図７】
0005325860.tif 000008